[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = KAIST는 신소재공학과 장재범 교수 연구팀이 암 진단에 필요한 새로운 형광 신호 증폭기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

최근 3D 전체 조직 영상화(이미징)를 가능하게 하는 생체조직 팽창 기술(ExM) 및 투명화 기술(CLARITY, 3DISCO, CUBIC)은 복잡한 세포 간 상호작용 및 역할을 밝혀내는 핵심적인 역할을 하고 있다.

단 큰 부피 내부의 세포변화를 관찰하기 위해서는 약한 형광 신호를 증폭해 높은 이미지 처리량을 갖는 기술이 필요하다.

항체의 반복적인 라벨링을 통한 형광 신호 증폭 기술을 보여주는 모식도[사진=카이스트] 2020.12.16 memory4444444@newspim.com

지금까지 신호 증폭기술은 다양한 화학 반응으로 개발돼왔는데 이들 중 많은 기술은 단일 화학 반응을 이용하기 때문에 다중 표지 신호 증폭 영상화를 위해서는 단일 신호 증폭과 비활성화 과정을 채널별로 반복해야 하는 단점이 있다.

유전자(DNA) 기반의 신호 증폭 기법은 서로 다른 항체에 대한 유전 물질 분자 결합의 최적화 과정이 필요하므로 일반적인 생물 실험실에서 사용이 어렵다.

연구팀은 이러한 문제점 개선을 위해 현재 상용화돼 있는 형광 분자가 표지된 항체를 사용, 추가적인 최적화 과정이 필요 없는 신호 증폭 기술에 주목해 '프랙탈(FRACTAL)'이라는 새로운 신호 증폭 기술을 개발했다.

이 기술은 항체 기반의 염색 방법으로 신호 증폭과정이 매우 간단하다는 특징이 있다. 신호 증폭을 위해 특수한 화학 물질을 필요로 하지 않으며 형광 분자가 표지된 2차 항체의 반복적인 염색을 통해 형광 신호를 증폭시킨다.

이 기술은 한 종류의 1차 항체, 두 종류의 2차 항체, 총 세 종류의 항체를 이용하는 아주 간단한 기술이다.

연구팀은 이 기술을 서로 다른 종으로부터 유래된 직교적인(orthogonal) 항체 쌍에 적용해 동시 다중 표지 신호 증폭 영상화를 구현했으며 팽창 현미경에도 적용해 팽창 후에도 높은 형광의 강도를 갖는 형광 신호 증폭 기술을 구현했다.

이 기술은 영상을 통한 생체조직의 분석 및 치료기술 개발, 다지표 검사, 의료 및 신약 개발 분야에 이바지할 것으로 기대된다.

조예린 KAIST 신소재공학과 학생(제1저자)은 "높은 이미지 처리량을 가진 이 기술은 디지털 병리 분야의 발전에 중추적인 영향을 미칠 것ˮ이며, "생체 내 다중지표에 대한 정보를 정밀하게 제공해 현대 의약 분야의 의약품 분석 및 치료 시스템에 직접적으로 응용될 수 있다ˮ고 말했다.

장재범 교수는 "이 기술은 환자 생체 검사 조직 내부에서 매우 중요하지만 낮은 수준으로 발현되는 바이오마커들을 정확하게 이미징 할 수 있게 해주기 때문에 암 진단 및 면역 항암제 반응률 예측 등에 큰 도움이 될 것으로 기대된다"고 강조했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 뇌과학원천기술개발 과제와 KAIST 학부연구생프로그램(URP)의 지원을 받아 수행됐다.

연구결과는 국제 학술지인 영국왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 '나노스케일(Nanoscale)'에 지난 11월 13일 게재됐다.

memory4444444@newspim.com